«La flessibilità trionfa sulla rigidità» – diceva il generale cinese Lau Tsu, che si riferiva alle pratiche della guerra. Nella manifattura accade lo stesso. E lo sa bene Siemens, la multinazionale tedesca dell’automazione presente in Italia dal 1899. Il colosso di Monaco di Baviera ha infatti progettato e messo sul mercato un Cnc (controllo numerico) che soddisfa la precisa strategia dell’azienda di rispondere alle richieste di flessibilità produttiva dei costruttori e utilizzatori di macchine utensili: Sinumerik One. Sempre più gli Oem (costruttori di macchine utensili) offrono machine tools personalizzati e capaci di sostenere l’alta variabilità dei lotti, e la riprogrammazione della produzione causata dallo shortage di materie prime.
E qui entrano in scena i digital twin di ultima generazione, modelli di simulazione approfondita che consentono di esaminare il comportamento di una struttura o di un prodotto complessi ancora prima che siano realizzati; e che garantiscono che tutto funzioni correttamente prima dell’installazione fisica. Grazie ad essi, macchine, prodotti e processi possono essere testati e modificati in ambiente virtuale. Ecco, Sinumerik One, un controllo numerico innovativo, nativo digitale che associato ad altri software di Siemens, rende disponibili a costruttori di macchine e utilizzatori finali una piattaforma modulare di digital twin della macchina e del processo produttivo, strumenti efficaci per un nuovo approccio alla simulazione, progettazione e ottimazione di macchine e del relativo materiale lavorato.
La piattaforma Sinumerik One è utilizzata, in Italia, fra gli altri, già da diversi costruttori di machine utensili o di additive manufacturing tra cui il gruppo Camozzi-Innse Berardi, Breton, C.B.Ferrari, Tecnosystem e Tecnologica. Ne abbiamo parlato con Filippo Giannini, direttore del Business Segment Machine Tool Systems di Siemens in Italia – all’interno di Digital Industries (DI) guidata da Giuliano Busetto.
Simulare le macchine esistenti non basta più
1) Una crescente richiesta di flessibilità
Secondo Giannini, «la manifattura è attualmente in forte evoluzione, stimolata da nuove opportunità di business e tecnologhe, ma anche chiamata a nuove sfide». Ciò accade, sempre per Giannini, sotto la spinta di diversi fenomeni. Ad esempio, in questi ultimi anni il demanding environment è cambiato in modo drammatico. Uno dei trend che sta attraversando la manifattura è la personalizzazione di massa: è una strategia di produzione di beni e servizi orientata a soddisfare i bisogni individuali dei clienti e contemporaneamente preservare l’efficienza della mass production, in termini di bassi costi di produzione e quindi prezzi di vendita contenuti. Gli utenti finali non si accontentano più del ruolo di “spettatori” del processo produttivo: vogliono incidere su di esso con i propri gusti, con le proprie inclinazioni. Le aziende che acquistano macchine utensili, d’altra parte, lo sanno bene: pertanto vogliono sempre più soluzioni customizzate, in grado di adeguarsi agilmente alla variabilità e alla moltiplicazione dei lotti. Infine, per gli Oem rispondere positivamente alla domanda dei loro clienti comporta un alto grado di fidelizzazione.
Con la pandemia, poi, la disaggregazione delle filiere internazionali ha comportato colli di bottiglia nei commerci e l’aumento dei prezzi delle materie prime, nonché l’interruzione di alcune produzioni. Per Giannini «le aziende sono chiamate ad ottimizzare i propri processi interni di progettazione, attraverso una organizzazione più snella e flessibile, attraverso processi di vendita nuovi e più efficaci e una gestione ottimizzata della supply chain; inoltre le aziende devono dimostrarsi reattive a orientarsi a nuovi mercati, a riprogrammare e ottimizzare la produzione grazie alla digitalizzazione e la simulazione, a esplorare nuove tecnologie, come ad esempio l’addditive manufacturing, utilizzando anche nuovi raw material». Le macchine e i processi devono essere in grado di rispondere ai nuovi trend.
2) Il digital twin di macchine esistenti e non ancora esistenti
Da qualche anno, uno degli strumenti di cui le aziende dispongono per rispondere ai nuovi trend della manifattura è il digital twin. Questo costituisce l’alter ego digitale di dispositivi, infrastrutture, sistemi, prodotti e processi industriali già in essere. Grazie alla raccolta e all’elaborazione di dati, la copia virtuale che ne deriva è una rappresentazione dell’oggetto in tutte le sue caratteristiche funzionali, dall’elettronica alla meccanica, dalla fluidica alla geometria. Tipicamente il digital twin è un simulatore. Uno strumento che assume un rilievo particolare nel caso in cui, ad esempio, si intenda imitare alla perfezione un prodotto, e replicare anche le condizioni in cui questo si troverà ad operare. Ad esempio, si può simulare la tenuta di strada e le prestazioni generali di un’automobile sportiva nel caso di pioggia, o di neve.
Grazie al digital twin, in pratica, si può ottenere l’esatta fotografia della macchina o del processo esistenti. Se un’azienda sa come funziona uno strumento al dettaglio, può cercare di modificarlo per ottimizzarne le prestazioni. Un passo in avanti è costituito dalla simulazione di macchinari e processi non ancora esistenti. In questo modo, questi ultimi possono essere testati, modificati, ottimizzati in un ambiente virtuale. Si può esaminare il comportamento di una struttura o di un prodotto complessi ancora prima che siano realizzati, e si può verificare che tutto funzioni correttamente prima dell’installazione fisica. In vista dei citati nuovi trend, si possono sperimentare applicazioni e componenti in grado di aumentare la capacità di personalizzazione, o di rendere operative le macchine utensili in caso di cambiamento di materia prima. Uno strumento che consente di fare tutto questo è Sinumerik One.
Sinumerik One, il cnc digitale
1) Sinumerik One, il primo Cnc nativo digitale
Il punto di partenza è che Sinumerik One un Cnc, (Controllo Numerico Computerizzato) e cioè un sistema di controllo che gestisce l’automazione di una macchina utensile o i processi di lavorazione di una macchina per additive manufacturing. Normalmente, nel mercato della macchina utensile, i costruttori progettano la meccanica, installano il controllo numerico, implementano l’automazione di macchina e, una volta che questa è stata assemblata, realizzano una versione virtuale della macchina per poter simularne i processi o per poter vendere il gemello digitale della macchina, come opzionale, congiuntamente alla macchina reale. Sinumerik One ribalta questo concetto perché la macchina può essere progetta, simulata e ottimizzata “nativamente in ambiente digitale”, prima ancora che esista fisicamente. Il SW di macchina, le configurazioni e i parametri presenti sul gemello digitale posso essere scaricati direttamente sull’HW del Cnc consentendo alla macchina stessa di funzionare nello stesso modo in cui risultava operante nell’ambiente virtuale.
2) Il perno della digitalizzazione made in Siemens
Per Giannini «Sinumerik One è il fulcro della piattaforma di digitalizzazione promossa da Siemens nel mondo della macchina utensile; permette di innovare più velocemente, in modo sostenibile e più sicuro, di massimizzare la produttività e di sperimentare un nuovo modo di progettare, vendere e utilizzare le macchine utensili». Anzitutto la piattaforma Sinumerik One è costituita dal Cnc vero e proprio, cioè il controllore della macchina e dal relativo gemello digitale, fruibili in un unico sistema di progettazione e simulazione, contribuendo così all’integrazione ottimale di hardware e software. La potenza di Sinumerik One aumenta considerevolmente, infatti, quando il Cnc è associato a due software di Siemens per la realizzazione e gestione dei digital twin: “Create My Virtual Machine” e “Run My Virtual Machine”. In questo modo, spiega Giannini, «si può dar vita ad otto livelli di gemelli digitali della macchina e del processo produttivo; si può simulare il comportamento di quest’ultima, la lavorazione, la programmazione, i programmi Cnc e Plc, la superficie operativa, le funzioni di safety. Il sistema è inoltre talmente aperto che può essere integrato facilmente in piattaforme di simulazione custom già in uso dai costruttori di macchina». E tutto questo si può ottenere prima che la meccanica del machine tools sia concretamente disponibile e prima dell’istallazione dell’automazione di macchina.
3) I vantaggi per i costruttori di macchine utensili
I vantaggi sono anzitutto per gli Oem. Quanto alla progettazione, per Giannini, «gli Oem possono mappare l’intera gamma delle loro macchine e i relativi processi di sviluppo, riducendo significativamente la fase di planning e il time-to-market del 30%. Anche i tempi della messa in servizio possono essere contenuti del 50%». Già in fase di progettazione, grazie al digital twin gli Oem possono verificare la funzionalità della macchina e simularne le lavorazioni senza che l’automazione sia fisicamente realizzata. Peraltro, per Giannini «i processi di vendita sono più efficaci perché il machine tools può essere illustrato, grazie al gemello digitale, ai potenziali clienti in ogni suo aspetto al dettaglio, incluse funzionalità e performance. Così, si riducono i rischi di misunderstanding in fase di offerta, facilitando anche le fasi di validazione e accettazione della macchina. Il costruttore di macchine può inoltre offrire, grazie ai gemelli digitali, nuovi servizi post-vendita agli utilizzatori finali, al fine di ottimizzare i costi di assistenza e assicurare una maggiore fidelizzazione del cliente». Per Giannini, «con Sinumerik One, Siemens risponde alla domanda di flessibilità produttiva degli Oem: possono realizzare molte varianti con configurazioni ad hoc e customizzare le macchine in modo agevole e veloce, recependo agevolmente le richieste di personalizzazione dei loro clienti». Una volta realizzata la macchina, possono essere implementate tecnologie avanzate che utilizzano l’intelligenza artificiale, come nel caso della manutenzione predittiva.
4) I vantaggi per l’utilizzatore di macchine utensili
«Per l’utilizzatore, cambia tutto» – afferma Giannini. Anzitutto, la produttività della macchina può anche aumentare del 25%. Poi, con il digital twin diminuisce il rischio di uso improprio della macchina legato ad errori di programmazione o inesperienza di nuovi operatori; inoltre, si riducono i tempi non produttivi e gli scarti grazie all’ottimizzazione dei processi. E «anche il tempo necessario a portare nuovi prodotti sul mercato cala vistosamente». Ma il grande vantaggio, per Giannini, è che «tutta la preparazione della lavorazione si sposta dalla macchina fisica all’ufficio. I programmi sono testati sul gemello digitale, e non sulla macchina, e tutta la formazione degli operatori viene effettuata sul primo e non sulla seconda». Giannini inoltre evidenzia che «anche dal punto di vista della ricambistica i clienti finali possono beneficiare del fatto che la piattaforma Sinumerik One utilizza gli stessi drive Sinamics e gli stessi motori Simotics di Siemens che da oltre un decennio sono installati sulle macchine utensili in tutto il mondo».
Un esempio pratico: lo stabilimento Bmw di Steyr
Lo stabilimento di Steyr (in Austria) è la più grande fabbrica di motori del gruppo Bmw: lì vengono realizzati gli alloggiamenti degli azionamenti elettrici per la nuova flotta di e-mobility che il carmaker tedesco sta realizzando. Su un’unica linea vengono prodotte cinque varianti. Si intendeva aumentare l’efficienza produttiva e l’affidabilità dell’impianto. Di qui la scelta strategica di Bmw di adottare la piattaforma Sinumerik One, che offre la tecnologia per creare e utilizzare agevolmente gemelli digitale di macchine utensili; inoltre Sinumerik One è totalmente integrato nel contesto Tia Portal, (Totally Integrated Automation) portale che offre un accesso illimitato ad una gamma completa di servizi di automazione digitalizzati, dalla pianificazione all’ingegneria integrata; Tool di auto-ottimizzazione e di manutenzione predittiva permettono un incremento della produttività e della affidabilità delle linee e l’implementazione sistemi intelligenti per la sicurezza delle macchine e degli operatori.
Secondo Siemens «la nuova piattaforma accorcia i tempi di immissione sul mercato; con strumenti di simulazione, è peraltro possibile implementare funzioni di gestione dell’energia. Il Tia Portal è quindi un gateway per l’automazione nell’impresa digitale». Secondo Giannini «quello di Steyr è un esempio importante in ambito automotive; ma Sinumerik One trova applicazione in tutti i settori tecnologici: dalla robotica alle rettificatrici, dalle frese alle macchine per additive manufacturing; e in tutti i mercati di sbocco: dall’aerospace al medicale e all’energia; attualmente, Sinumerik One è utilizzato da centinaia di costruttori di macchine in tutto il mondo, in svariati contesti applicativi illustrati sulla piattaforma web “Sinumerik One Media Center”».
Alcuni Oem italiani che utilizzano Sinumerik One
1) Gruppo Camozzi: Ingersoll Machine Tools e Innse-Berardi, migliore produttività per l’high-tech, su macchine di asportazione e additive manufacturing
Innse-Berardi riunisce le competenze della lavorazione di metalli, mentre Ingersoll Machine Tools è partner internazionale per materiali compositi e produzione additiva. Punto di forza delle due realtà è l’uso di Sinumerik One, che equipaggia il centro di lavoro PowerMax e la macchina per additive manufacturing MasterPrint, in dotazione nell’innovativo Centro Ricerche Camozzi a Milano. Applicazioni in aeronautica, aerospace, energia, movimentazione navale e ingegneria meccanica generale, settori che richiedono flessibilità, produttività, digitalizzazione. Fondato nel 1964 il Gruppo Camozzi è una multinazionale italiana con 40 filiali e centri di assistenza, 25 siti produttivi, 2730 dipendenti.
2) Breton ha ottenuto over performance grazie al digital twin
Secondo l’azienda, «grazie al digital twin (di Sinumerik One) Breton ha simulato diverse situazioni in cui i macchinari operano, ottenendo da subito una over performance» sia per macchine utensili che per macchine per additive manufacturing. Il Gruppo Breton con sede a Castello di Godego (TV) ha un fatturato di 280 milioni e 960 dipendenti. Alla guida, Luca (presidente) e Dario (Ceo) Toncelli. Dalla fondazione (1963), produce macchinari e impianti per la lavorazione di metalli e per la produzione di aggregati e pietra artificiale composita e dagli anni 90’ centri di lavoro verticali ad alta velocità e precisione, con soluzioni adatte anche al trattamento di superleghe, compositi e titanio. Aerospace, automotive & motorsport, mould & dies, power & transmission e meccanica generale i settori applicativi.
3) Flessibilità per il prodotto di punta di CB Ferrari
Uno dei prodotti di punta di CB Ferrari è l’A236, centro di lavoro multifunzione (fresatura e tornitura) per la produzione di pale per turbine, giranti e particolari complessi per la meccanica di precisione. Secondo l’azienda “grazie a Sinumerik One, ha acquisito due nuove dimensioni: flessibilità e multiprocesso dal virtuale alla realtà”. L’azienda di Mornago (VA), 150 dipendenti, produce macchine, impianti automatizzati e soluzioni chiavi in mano di fresatura A 3, 4 o 5 assi, impiegati da aziende leader al mondo per lavorazioni ad alto contenuto tecnologico.
4) Prodotti migliori e più veloci sul mercato con “My Virtual Machine” per Tecno Logica
Fondata nel 1998, Tecno Logica serve clienti worldwide in ambito automotive e per la lavorazione del legno. L’elevata competenza nella risoluzione di problemi di automazione complessi è ben nota tra le principali aziende del settore in vari settori. L’utilizzo di Sinumerik One e del Digital Twin le ha permesso di fornire rapidamente al mercato una soluzione affidabile. Il software “My Virtual Machine” consente lo sviluppo parallelo del software della macchina mentre la parte meccanica è in fase di progettazione e costruzione, ottenendo un time to market più rapido.
5) Prodotti migliori e ottimizzati con il virtuale per Tecnosystem
Tecnosystem nasce nel 1989 come partner tecnologico di automazione. Negli anni diviene produttore di rettifiche per interni e affina le competenze specifiche nel settore powertrain e automotive. Con sede a Roletto (TO), si impegna a crescere e svilupparsi: perciò ha scelto di equipaggiare le proprie macchine con Sinumerik One. Grazie al digital twin ha ottenuto prodotti con performance elevate e ottimizzato i tempi di realizzazione.
